CN110942169A - 一种路径规划方法及机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种路径规划方法及机器人，属于机器人技术领域。一种路径规划方法，包括：获取机器人当前位置的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致；当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人的多楼层规划路径。本发明在实现多楼层规划路径规划过程中，并不需要增加辅助设备辅助机器人定位；大大降低了设备成本及施工成本；还避免出现因无线传输定位辅助信息而影响定位准确性等现象。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种路径规划方法及机器人。
背景技术
目前，机器人是通过激光SLAM、视觉VSLAM、IMU惯导等技术的单独或者组合使用进行室内导航。这类导航技术在理想状态下可以实现机器人的地图绘制，导航，区域限定等功能；也可以帮助机器人在建筑物内某一层中进行导航，路径规划和运行。
然而，上述导航技术大多是基于机器人在一个楼层内运动，实现一个楼层的路径规划。当机器人涉及到上下楼层时，机器人通常无法执行多楼层的路径规划，只能在同一个楼层内进行路径规划，并完成对应的导航任务。
此外，在一个楼层内进行路径规划时，通常会增加辅助设备辅助机器人定位，比如wifi、蓝牙、RFID、UWB等，为机器人提供相对准确的位置校准信息，并且确认机器人在建筑物中的三维立体坐标。
以上定位方法，不仅需要额外增加附件，提高相应的成本；而且还会极大地提高施工成本。另外，由于定位辅助信息受到无线信号传输的限制，会影响定位的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种路径规划方法及机器人，在实现多楼层规划路径规划过程中，并不需要增加辅助设备辅助机器人定位；大大降低了设备成本及施工成本；还避免出现因无线传输定位辅助信息而影响定位准确性等现象。
本发明提供的技术方案如下：
本发明提供一种路径规划方法，包括：获取机器人当前位置的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致；当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人的多楼层规划路径。
进一步优选的，所述的规划所述机器人的多楼层路径具体包括：确定所述当前楼层的当前楼层关键位置，规划出所述机器人在所述当前楼层从当前位置到当前楼层关键位置的同楼层规划路径；确定所述目标楼层的目标楼层关键位置，规划出所述机器人在所述目标楼层从目标楼层关键位置到目标位置的同楼层规划路径。
进一步优选的，所述的根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致之前还包括：根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层。
优选的，还包括：当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层一致时，规划所述机器人在所述当前楼层从当前位置到目标位置的同楼层规划路径。
进一步优选的，所述的在规划出同楼层规划路径之后还包括：获取当前楼层或目标楼层中动态物体的地磁数据，将动态物体的地磁数据转换为位置坐标信息；根据所述动态物体的位置坐标信息、调整所述机器人在所述当前楼层或所述目标楼层的同楼层规划路径。
本发明还提供一种机器人，包括：坐标转换模块，用于获取机器人当前位置的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；识别模块，与所述坐标转换模块连接，用于根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致；路径规划模块，与所述识别模块连接，用于当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人的多楼层规划路径。
进一步优选的，所述路径规划模块，确定所述当前楼层的当前楼层关键位置，规划出所述机器人在所述当前楼层从当前位置到当前楼层关键位置的同楼层规划路径；所述路径规划模块，确定所述目标楼层的目标楼层关键位置，规划出所述机器人在所述目标楼层从目标楼层关键位置到目标位置的同楼层规划路径。
进一步优选的，还包括：楼层分析模块，与所述识别模块连接，用于根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层。
进一步优选的，所述路径规划模块，还用于当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层一致时，规划所述机器人在所述当前楼层从当前位置到目标位置的同楼层规划路径。
进一步优选的，所述坐标转换模块，还用于获取当前楼层或目标楼层中动态物体的地磁数据，将动态物体的地磁数据转换为位置坐标信息；所述路径规划模块，还用于根据所述动态物体的位置坐标信息，调整所述机器人在所述当前楼层或所述目标楼层的同楼层规划路径。
与现有技术相比，本发明提供的一种路径规划方法及机器人具有以下
有益效果：
1、本发明通过机器人身上的地磁传感器采集地磁数据，将地磁数据转换成坐标信息，通过坐标信息识别出机器人所处当前楼层与目标楼层不一致时，进行多楼层规划路径规划。
在实现多楼层规划路径规划过程中，并不需要增加辅助设备辅助机器人定位；大大降低了设备成本及施工成本；还避免出现因无线传输定位辅助信息而影响定位准确性等现象。
2、本发明先规划出当前楼层的同楼层规划路径，再规划出目标楼层的同楼层规划路径；从而完成多楼层规划路径的规划。
3、本发明动态物体上的地磁传感器采集地磁数据，将地磁数据转换成坐标信息，从而根据动态物体的坐标信息调整同楼层规划路径；使得机器人可以成功到达目标位置。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种路径规划方法及机器人的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明一种路径规划方法的流程示意图；
图2是本发明又一种路径规划方法的流程示意图；
图3是本发明再一种路径规划方法的流程示意图；
图4是本发明一种机器人的结构示意框图；
附图标号说明：
10-坐标转换模块 20-楼层分析模块 30-识别模块
40-路径规划模块
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
根据本发明提供的一种实施例，如图1所示，一种路径规划方法，包括：
S10、获取机器人当前位置的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；
具体的，收集室内每层楼的地磁指纹信息，将室内每层楼各个坐标点对应到该坐标点的地磁指纹数据，并建立对应地磁指纹坐标系，该坐标系可以将地磁指纹数据转换为建筑物内的三维坐标。
通过机器人实时采集到的地磁数据，获取机器人在室内的具体坐标(Xn，Yn，Zn)。
S20、根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致；
具体的，根据三维坐标信息中Zn的值；其中，Zn的值可以是楼层信息，也可以是高度信息；识别出机器人所处当前楼层Zn是否与目标楼层Z一致。当Zn的值是楼层信息时，Zn＝2，则机器人处于二楼；Zn＝1，则机器人处于一楼。
当Zn的值是高度信息时，各楼层对应的预设高度范围，例如一楼对应的预设高度范围为0～2m，二楼对应的预设高度范围为3～4m等。如Zn＝3.5m，则机器人处于二楼；Zn＝0.5m，则机器人处于一楼。
S30、当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人的多楼层规划路径。
具体的，当机器人所处当前楼层Zn与目标楼层Z不一致时，规划出机器人从当前楼层中当前位置到目标楼层中目标位置的多楼层规划路径。
S40、当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层一致时，规划所述机器人在所述当前楼层从当前位置到目标位置的同楼层规划路径。
本实施例中，地磁属于地球自带的属性，只要机器人携带有地磁传感器，就可以在任一点获取到对应的地磁数据，因此不会增加超声波测距、激光测距传感器等额外设备和费用；其内部程序也会相应简化。
通过有效的算法，地磁定位可以将精度控制在1m范围，因此可以有效地在室内实时绝对位置定位，保证机器人在室内获取准确的三维位置信息，从而保证机器人可以通过地磁数据确认所处的楼层，从而自动切换导航地图，有效进行多楼层导航运动。
由于初始的地磁地图带有楼层信息，并标记了对应垂直路径点(楼层关键位置)，所以可以有效地完成楼层间的路径规划和运动。
地磁指纹坐标系对应的不局限于楼层，可以时建筑物中的任意高度值，当高度值在一定范围时自动转换为楼层值，这样该方案可以有更加广泛的应用范围。垂直升降方法不限于普通电梯，可以是任何运输机器人进行垂直运动的器械。
根据本发明提供的又一种实施例，如图2所示，一种路径规划方法，包括：
S01、根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层。
具体的，在设置预设目标位置时，可以是手动输入目标位置的坐标，也可以是在地磁指纹地图上选择的目标位置。
S10、获取机器人当前位置的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；
S20、根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致；
S31、当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，确定所述当前楼层的当前楼层关键位置，规划出所述机器人在所述当前楼层从当前位置到当前楼层关键位置的同楼层规划路径；
具体的，如当前楼层为2楼，当前楼层关键位置是指二楼电梯位置，首先规划出机器人在二楼从当前位置到二楼电梯位置的二楼规划路径。
S32、确定所述目标楼层的目标楼层关键位置，规划出所述机器人在所述目标楼层从目标楼层关键位置到目标位置的同楼层规划路径。
具体的，如目标楼层为3楼，目标楼层关键位置是指三楼电梯位置，再规划出机器人在三楼从三楼电梯位置到目标位置的三楼规划路径。
S40、当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层一致时，规划所述机器人在所述当前楼层从当前位置到目标位置的同楼层规划路径。
可选的，还包括：在所述机器人从当前楼层到达目标楼层时，规划出所述机器人从当前楼层的当前楼层关键位置到目标楼层的目标楼层关键位置的上下楼规划路径；
具体的，确定机器人从二楼到三楼所乘用的电梯，并分别获取该电梯在二楼的二楼电梯位置，在三楼的三楼电梯位置。在确定机器人乘用的电梯时，可以预先设定的专门供机器人使用的电梯，也可以是选择空闲状态的电梯供机器人使用。在选择空闲状态的电梯供机器人使用后，该电梯处于锁定状态；直到机器人从二楼到三楼使用完成后，该电梯才能解除锁定状态。
以机器人在一个5层的商场中运行为例。
1、首先通过采集每个楼层平面上的地磁指纹信息，生成对应个的地磁指纹-平面坐标对应关系，而坐标中带有楼层信息Z，Z为1～5，对应一层到五层。
2、标记垂直路径点(如电梯位置)在三维坐标系中的坐标点(Xd1，Yd1，Zd1)……(Xdn，Ydn，Zdn)
3、机器人在某一层开始运行，并通过地磁感应器获取自身所在位置的地磁数据。
4、通过对应算法比对将地磁数据转换为机器人所在的坐标(Xr，Yr，Zr)，(Xr，Yr)代表机器人在Zr层到平面坐标；
5、设置目标点坐标(Xo，Yo，Zo)；
6、判断Zr＝Zo，则表示目标点和机器人在同一楼层，则使用同楼层路径规划方案；
7、若Zr不等于Zo，则表示目标点和机器人不在同一楼层，则使用多楼层路径规划方案。
8、首先确定与机器人在同一楼层且离机器人最近的垂直路径点(Xdn，Ydn，Zdn)，使用同楼层路径规划方案规划机器人到该垂直路径点的运动路径；
9、通过垂直路径点(Xdn，Ydn，Zdn)完成到与目标点同楼层的垂直路径点(Xdm，Ydm，Zdm)的垂直路径；
10、使用同楼层路径规划方案规划垂直路径点(Xdm，Ydm，Zdm)到目标点(Xo，Yo，Zo)的运动路径；
11、将第8步到第10部的路径结合后，生成多楼层的规划路径。
根据本发明提供的再一种实施例，如图3所示，一种路径规划方法，包括：
S01、根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层。
S10、获取机器人当前位置的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；
S20、根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致；
S31、当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，确定所述当前楼层的当前楼层关键位置，规划出所述机器人在所述当前楼层从当前位置到当前楼层关键位置的同楼层规划路径；
S32、确定所述目标楼层的目标楼层关键位置，规划出所述机器人在所述目标楼层从目标楼层关键位置到目标位置的同楼层规划路径；
S40、当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层一致时，规划所述机器人在所述当前楼层从当前位置到目标位置的同楼层规划路径。
S50、获取当前楼层或目标楼层中动态物体的地磁数据，将动态物体的地磁数据转换为位置坐标信息；
S51、根据所述动态物体的位置坐标信息、调整所述机器人在所述当前楼层或所述目标楼层的同楼层规划路径。
具体的，动态物体上携带有地磁传感器，采集动态物体所处位置的地磁数据；将地磁数据转换为位置坐标信息。在规划机器人在当前楼层从当前位置到当前楼层关键位置时，上静态物体的位置坐标信息，可知从当前位置到当前楼层关键位置的固定路径有A、B、C、D、E五条；从A、B、C、D、E五条固定路径中选择一个路径最短的最优可通行路径D作为同楼层规划路径。再结合动态物体的位置坐标信息，可知动态物体在路径D中，可选择一个路径相对较短的路径A作为同楼层规划路径。
在规划机器人在各楼层地图上的同楼层规划路径时，根据目标位置所在楼层是否与机器人当前位置所在楼层相同，分别采用不同方式规划出从当前位置到目标位置的规划路径。
在各楼层地图上除了静态物体外，还存在动态物体，通过采集动态物体的地磁数据，将其转换为动态物体的位置坐标信息；及时调整规划路径；使得规划出来的路径更加可靠。
根据本发明提供的一种实施例，如图4所示，一种机器人，包括：
可选的，楼层分析模块20，与所述识别模块30连接，用于根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层。
坐标转换模块10，用于获取机器人当前位置的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；
识别模块30，与所述坐标转换模块10连接，用于根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致；
路径规划模块40，与所述识别模块30连接，用于当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人的多楼层规划路径。
所述路径规划模块40，还用于当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层一致时，规划所述机器人在所述当前楼层从当前位置到目标位置的同楼层规划路径。
本实施例中，还可以包括以下内容：
所述路径规划模块40，确定所述当前楼层的当前楼层关键位置，规划出所述机器人在所述当前楼层从当前位置到当前楼层关键位置的同楼层规划路径；
所述路径规划模块40，确定所述目标楼层的目标楼层关键位置，规划出所述机器人在所述目标楼层从目标楼层关键位置到目标位置的同楼层规划路径。
所述坐标转换模块10，还用于获取当前楼层或目标楼层中动态物体的地磁数据，将动态物体的地磁数据转换为位置坐标信息；
所述路径规划模块40，还用于根据所述动态物体的位置坐标信息，调整所述机器人在所述当前楼层或所述目标楼层的同楼层规划路径。
本实施例中，地磁属于地球自带的属性，只要机器人携带有地磁传感器，就可以在任一点获取到对应的地磁数据，因此不会增加超声波测距、激光测距传感器等额外设备和费用；其内部程序也会相应简化。
通过有效的算法，地磁定位可以将精度控制在1m范围，因此可以有效地在室内实时绝对位置定位，保证机器人在室内获取准确的三维位置信息，从而保证机器人可以通过地磁数据确认所处的楼层，从而自动切换导航地图，有效进行多楼层导航运动。
由于初始的地磁地图带有楼层信息，并标记了对应垂直路径点，所以可以有效地完成楼层间的路径规划和运动。
另外，可以选择多个目标位置，每个目标位置处于不同楼层；可以先规划出当前位置到第一目标位置的同楼层规划路径或多楼层规划路径；再规划出第一目标位置到第二目标位置的同楼层规划路径或多楼层规划路径；依次类推；从而可以对机器人的路径进行***规划。其中，至于是规划同楼层规划路径，还是规划多楼层规划路径，参照上述方法实现，此处不再赘述。
在***规划机器人的路径后，为了确保规划出来的路径更加可靠，不影响到机器人行走；会利用地磁技术及时对动态物体进行定位，得到动态物体的位置坐标信息后；及时调整规划路径。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种路径规划方法，其特征在于，包括：
获取机器人当前位置的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；
根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致；
当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人的多楼层规划路径。
2.根据权利要求1所述的一种路径规划方法，其特征在于，所述的规划所述机器人的多楼层路径具体包括：
确定所述当前楼层的当前楼层关键位置，规划出所述机器人在所述当前楼层从当前位置到当前楼层关键位置的同楼层规划路径；
确定所述目标楼层的目标楼层关键位置，规划出所述机器人在所述目标楼层从目标楼层关键位置到目标位置的同楼层规划路径。
3.根据权利要求1所述的一种路径规划方法，其特征在于，所述的根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致之前还包括：
根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种路径规划方法，其特征在于，还包括：
当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层一致时，规划所述机器人在所述当前楼层从当前位置到目标位置的同楼层规划路径。
5.根据权利要求4所述的一种路径规划方法，其特征在于，所述的在规划出同楼层规划路径之后还包括：
获取当前楼层或目标楼层中动态物体的地磁数据，将动态物体的地磁数据转换为位置坐标信息；
根据所述动态物体的位置坐标信息、调整所述机器人在所述当前楼层或所述目标楼层的同楼层规划路径。
6.一种机器人，其特征在于，包括：
坐标转换模块，用于获取机器人当前位置的地磁数据，将所述地磁数据转换成三维坐标信息；
识别模块，与所述坐标转换模块连接，用于根据所述三维坐标信息识别出所述机器人所处的当前楼层是否与目标楼层一致；
路径规划模块，与所述识别模块连接，用于当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层不一致时，规划所述机器人的多楼层规划路径。
7.根据权利要求6所述的一种机器人，其特征在于：
所述路径规划模块，确定所述当前楼层的当前楼层关键位置，规划出所述机器人在所述当前楼层从当前位置到当前楼层关键位置的同楼层规划路径；
所述路径规划模块，确定所述目标楼层的目标楼层关键位置，规划出所述机器人在所述目标楼层从目标楼层关键位置到目标位置的同楼层规划路径。
8.根据权利要求6所述的一种机器人，其特征在于，还包括：
楼层分析模块，与所述识别模块连接，用于根据预先设置的预设目标位置，分析所述预设目标位置所在的目标楼层。
9.根据权利要求6～8中任意一项所述的一种机器人，其特征在于：
所述路径规划模块，还用于当所述机器人所处的当前楼层与目标楼层一致时，规划所述机器人在所述当前楼层从当前位置到目标位置的同楼层规划路径。
10.根据权利要求9所述的一种机器人，其特征在于：
所述坐标转换模块，还用于获取当前楼层或目标楼层中动态物体的地磁数据，将动态物体的地磁数据转换为位置坐标信息；
所述路径规划模块，还用于根据所述动态物体的位置坐标信息，调整所述机器人在所述当前楼层或所述目标楼层的同楼层规划路径。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200331 |